DE102014116013A1

DE102014116013A1 - Method and device for monitoring shock events

Info

Publication number: DE102014116013A1
Application number: DE102014116013.4A
Authority: DE
Inventors: Rico Schindler; Dirk Zielke
Original assignee: FACHHOCHSCHULE BIELEFELD
Current assignee: FACHHOCHSCHULE BIELEFELD
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von Schockereignissen beim Transport von Gegenständen, wobei die Schockereignisse mittels eines Piezosensors detektiert werden, von dem Piezosensor ermittelte Sensordaten einer Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt werden, mittels derer Schockereignisdaten ermittelt werden, die in einem elektrischen Speicher abgespeichert werden, und dass die Schockereignisdaten nach Aufforderung mittels einer Kommunikationsschnittstelle zu einem externen Gerät übertragen werden, wobei die Schockereignisdaten als in dem Piezosensor aufmodulierte Daten von dem externen Gerät ausgelesen werden, wobei eine Sendefrequenz des externes Gerätes in einem Frequenzbereich liegt, so dass eine Datenübertragung und/oder Energieübertragung unter Interaktion von mechanischen Schwingungen des Piezosensors erfolgt.The invention relates to a method for monitoring shock events during the transport of objects, wherein the shock events are detected by means of a piezoelectric sensor, provided by the piezoelectric sensor sensor data of an evaluation available, are determined by means of which shock event data stored in an electrical memory, and in that the shock event data are transmitted to an external device as requested by means of a communication interface, the shock event data being read out as data modulated in the piezo sensor by the external device, wherein a transmission frequency of the external device lies in a frequency range, such that data transmission and / or energy transmission takes place under the interaction of mechanical vibrations of the piezoelectric sensor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von Schockereignissen beim Transport von Gegenständen, wobei die Schockereignisse mittels eines Piezosensors detektiert werden, von dem Piezosensor ermittelte Sensordaten einer Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt werden, mittels derer Schockereignisdaten ermittelt werden, die in einem elektrischen Speicher abgespeichert werden, und dass die Schockereignisdaten nach Aufforderung mittels einer Kommunikationsschnittstelle zu einem externen Gerät übertragen werden.The invention relates to a method for monitoring shock events during the transport of objects, wherein the shock events are detected by means of a piezoelectric sensor, provided by the piezoelectric sensor sensor data of an evaluation available, are determined by means of which shock event data stored in an electrical memory, and in that the shock event data are transmitted to an external device by means of a communication interface upon request.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Überwachen von Schockereignissen beim Transport von Gegenständen, mit einem Piezosensor zum Messen des Schockereignisses, mit einer Auswerteeinheit zur Verarbeitung von Sensordaten des Piezosensors, mit einem elektronischen Speicher zum Abspeichern von durch die Auswerteeinheit verarbeiteten Schockereignisdaten, mit einer Kommunikationsschnittstelle zum Auslesen der Schockereignisdaten an ein externes Gerät.Furthermore, the invention relates to a device for monitoring shock events during the transport of objects, with a piezoelectric sensor for measuring the shock event, with an evaluation unit for processing sensor data of the piezoelectric sensor, with an electronic memory for storing shock event data processed by the evaluation unit, with a communication interface to the Reading the shock event data to an external device.

Ferner betrifft die Erfindung ein Sensormodul zum Überwachen von Schockereignissen.Furthermore, the invention relates to a sensor module for monitoring shock events.

Aus der DE 10 2008 037 341 A1 ist eine Vorrichtung bzw. ein Sensormodul zum Überwachen von Schockereignissen, nämlich Vibrationen bekannt, bei dem ein piezoelektrisches Element auf einer Magnetplatte angeordnet ist. Das piezoelektrische Element weist zwei Elektroden auf, wobei auf einer der beiden Elektroden eine Zusatzmasse angeordnet ist. Von den Elektroden führen Drähte zu einem Sensorchip, der von dem piezoelektrisches Element mit elektrischer Energie versorgt wird. Das piezoelektrische Element wird durch Vibrationen der Maschine gestreckt bzw. gestaucht, so dass eine elektrische Spannung erzeugt wird, die als Spannungsquelle für den Sensorchip dient. Auf diese Weise kann der Sensorschip autark ohne eine Batterie betrieben werden. Solange die Maschine in Betrieb ist, also vibriert, kann der Sensorchip mit elektrischer Energie versorgt werden. Das piezoelektrische Element dient hierbei ausschließlich als elektrische Energiequelle.From the DE 10 2008 037 341 A1 For example, a device or a sensor module for monitoring shock events, namely vibrations, in which a piezoelectric element is arranged on a magnetic plate, is known. The piezoelectric element has two electrodes, wherein an additional mass is arranged on one of the two electrodes. From the electrodes lead wires to a sensor chip, which is supplied by the piezoelectric element with electrical energy. The piezoelectric element is stretched or compressed by vibrations of the machine, so that an electrical voltage is generated, which serves as a voltage source for the sensor chip. In this way, the sensor chip can be operated autonomously without a battery. As long as the machine is in operation, ie vibrating, the sensor chip can be supplied with electrical energy. The piezoelectric element serves exclusively as an electrical energy source.

Aus der EP 2 320 355 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen von Schockereignissen bekannt, bei dem ein Piezosensor zum Messen von Schockereignissen eingesetzt wird. Wenn ein Gegenstand beim Transport desselben unbeabsichtigt fallen gelassen wird, detektiert der Piezosensor den Aufprall des Gegenstandes und stellt einen Auswerteeinheit Sensordaten bereit, aus denen Schockereignisdaten ermittelt werden, die in einem elektronischen Speicher abgelegt werden. Auf diese Weise werden Schockereignisdaten des Gegenstandes „protokolliert”. Die Schockereignisdaten können über eine RFID-Kommunikationsschnittstelle an ein externes Gerät übertragen werden. Die so ausgelesenen Schockereignisdaten können dann zum Nachvollziehen von unvorhergesehenen Ereignissen während des Transports verwendet werden. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung bzw. dem Verfahren ist, dass zur Kommunikation mit dem externen Gerät zusätzlich eine RFID-Antenne sowohl im externen Gerät als auch in der Vorrichtung integriert sein muss. Weiterhin sind RFID-Schnittstellen sehr anfällig gegen mutwillige oder versehentliche Einwirkungen von Hochspannungsentladungen und Mikrowellen.From the EP 2 320 355 A1 For example, a method and apparatus for monitoring shock events using a piezoelectric sensor to measure shock events is known. If an article is accidentally dropped during transport, the piezoelectric sensor detects the impact of the article and provides an evaluation unit sensor data from which shock event data are stored, which are stored in an electronic memory. In this way, shock event data of the item is "logged". The shock event data can be transmitted to an external device via an RFID communication interface. The shock event data thus read can then be used to track unforeseen events during transport. A disadvantage of the known device or the method is that for communication with the external device additionally an RFID antenna must be integrated both in the external device and in the device. Furthermore, RFID interfaces are very vulnerable to willful or accidental exposure to high voltage discharges and microwaves.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen von Schockereignissen bzw. ein Sensormodul derart anzugeben, dass auf einfache Weise der Aufwand beim Auslesen von Schockereignisdaten verringert wirdThe object of the present invention is to provide a method and a device for monitoring shock events or a sensor module in such a way that the effort for reading out shock event data is reduced in a simple manner

Zur Lösung der Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Schockereignisdaten als in dem Piezosensor aufmodulierte Daten von dem externen Gerät ausgelesen werden, wobei eine Sendefrequenz des externes Gerätes in einem Frequenzbereich liegt, so dass eine Datenübertragung und/oder Energieübertragung unter Interaktion von mechanischen Schwingungen des Piezosensors erfolgt.To solve the problem, the inventive method in conjunction with the preamble of claim 1 is characterized in that the shock event data are read out as modulated in the piezo sensor data from the external device, wherein a transmission frequency of the external device is in a frequency range, so that a data transmission and / or energy transfer occurs under the interaction of mechanical vibrations of the piezoelectric sensor.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Schockereignisdaten durch Vermittlung des Piezosensors von dem externen Gerät ausgelesen werden können. Hierbei wird der Piezosensor beispielsweise durch das externe Gerät in mechanische Schwingungen versetzt, so dass durch Überlagerung bzw. Modulation die Schockereignisdaten als modulierte Daten von dem Piezosensor an das externe Gerät übertragen werden können.The particular advantage of the method according to the invention is that the shock event data can be read out by the intermediary of the piezoelectric sensor from the external device. In this case, the piezoelectric sensor is set into mechanical oscillations, for example by the external device, so that the shock event data can be transmitted as modulated data from the piezoelectric sensor to the external device by superposition or modulation.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Patentanspruch 2 erfolgt die Energieübertragung von dem externen Gerät zu dem Piezosensor über Schallwellen bzw. Ultraschallwellen oder über ein magnetisches Feld. Der Piezosensor wird hierdurch zu mechanischen Schwingungen angeregt, auf die die gespeicherten Schockereignisdaten aufmoduliert werden und von dem externen Gerät ausgelesen werden können. Es erfolgt hierbei eine Einkopplung von Schallwellensignalen bzw. magnetischen Feldsignalen als Sendesignale in den Piezosensor, der dann mit dem externen Gerät interagieren kann. Durch Aufmodulieren bzw. Überlagern der in dem elektronischen Speicher gespeicherten Schockereignisdaten auf dieses Signal entsteht ein Auslesesignal, das von dem externen Gerät ausgelesen werden kann.According to a preferred embodiment of the method according to claim 2, the energy transfer from the external device to the piezoelectric sensor via sound waves or ultrasonic waves or via a magnetic field. The piezoelectric sensor is thereby excited to mechanical vibrations to which the stored shock event data are modulated and can be read by the external device. In this case, there is a coupling of sound wave signals or magnetic field signals as transmission signals in the piezoelectric sensor, which can then interact with the external device. By modulating or superimposing the shock event data stored in the electronic memory onto this signal, a readout signal is produced which can be read out by the external device.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 3 wird ein Auslesevorgang mittels eines von dem externen Gerät erzeugten Aufforderungssignals initiiert. Dieses Aufforderungssignal, das zugleich ein Sendesignal sein kann, wird an den Piezosensor übertragen und von demselben an eine Auswerteeinheit weitergeleitet. Von der Auswerteeinheit werden die in dem elektronischen Speicher abgespeicherten Schockereignissedaten ausgelesen und über den Piezosensor als modulierte Daten (Auslesesignal) von dem externen Gerät ausgelesen. Das Aufforderungssignal wird von der Ausleseeinheit so interpretiert, dass die Schockereignisdaten ausgelesen und dem Piezosensor zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden. According to a preferred embodiment of the invention according to claim 3, a read-out process is initiated by means of a request signal generated by the external device. This request signal, which can also be a transmission signal at the same time, is transmitted to the piezoelectric sensor and forwarded by the latter to an evaluation unit. The evaluation unit stores the shock event data stored in the electronic memory and reads it out via the piezo sensor as modulated data (read-out signal) from the external device. The request signal is interpreted by the readout unit so that the shock event data are read out and made available to the piezo sensor for further processing.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 4 können die in dem elektronischen Speicher abgelegten Schockereignisdaten mit einer Kennung versehen sein, so dass die Schockereignisdaten nur ausgelesen werden können, wenn das Aufforderungssignal eine Kennung aufweist. Vorteilhaft kann hierdurch eine Auslesung der Schockereignisdaten nur erfolgen, wenn das externe Gerät dazu autorisiert ist.According to a development of the invention according to claim 4, the stored in the electronic memory shock event data may be provided with an identifier, so that the shock event data can only be read when the request signal has an identifier. Advantageously, this allows a readout of the shock event data only if the external device is authorized to do so.

Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Piezosensor als die Kommunikationsschnittstelle vorgesehen ist, die mit einer Sende-/Empfangseinheit des externen Gerätes drahtlos kommuniziert, und dass die Sende-/Empfangseinheit des externes Gerätes zur Erzeugung eines Schallwellensignals oder eines magnetischen Feldsignals als Sendesignal dient, so dass die Schockereignisdaten mittels des Piezosensors mit dem Sendesignal zu einem Auslesesignal überlagert werden, das von der Sende-/Empfangseinheit des externen Gerätes auslesbar ist.To achieve the object, the invention in connection with the preamble of claim 5, characterized in that the piezoelectric sensor is provided as the communication interface, which communicates wirelessly with a transmitting / receiving unit of the external device, and that the transmitting / receiving unit of the external device is used for generating a sound wave signal or a magnetic field signal as a transmission signal, so that the shock event data are superimposed by means of the piezoelectric sensor with the transmission signal to a readout signal, which is read out from the transmitting / receiving unit of the external device.

Nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient der Piezosensor nicht nur zur Messung von Schockereignisdaten, sondern dient auch als Kommunikationsschnittstelle zum Auslesen der Schockereignisdaten durch ein externes Gerät. Der Bauteile- bzw. Schaltungsaufwand kann hierdurch wesentlich reduziert werden. Grundgedanke der Erfindung ist es, den Piezosensor zu mechanischen Schwingungen anzuregen und diese nicht nur zur Energie- bzw. Datenübertragung an eine Auswerteeinheit zur Abspeicherung der Schockereignisdaten zu nutzen, sondern auch zur Datenübertragung an ein externes Gerät. Die Datenübertragung erfolgt somit in zwei unterschiedlichen Richtungen. Beim Messvorgang des Piezosensors werden Sensordaten an die Auswerteeinheit übertragen, so dass sie als Schockereignisdaten abgespeichert werden können. Während eines Auslesevorganges werden die Schockereignisdaten mittels des Piezosensors drahtlos ausgelesen bzw. an das externe Gerät übertragen. Die Erfindung ermöglicht somit eine bidirektionale Datenübertragung von dem Piezosensor direkt zu der Auswerteeinheit und direkt zu dem externen Gerät. Der Piezosensor selbst dient als Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit dem externen Gerät.According to the device according to the invention, the piezoelectric sensor not only serves to measure shock event data, but also serves as a communication interface for reading out the shock event data by means of an external device. The component or circuit complexity can be significantly reduced thereby. The basic idea of the invention is to excite the piezoelectric sensor to mechanical vibrations and to use these not only for energy or data transmission to an evaluation unit for storing the shock event data, but also for data transmission to an external device. The data transmission thus takes place in two different directions. During the measuring process of the piezo sensor, sensor data are transmitted to the evaluation unit, so that they can be stored as shock event data. During a read-out process, the shock event data are read out wirelessly by means of the piezoelectric sensor or transmitted to the external device. The invention thus enables bidirectional data transmission from the piezoelectric sensor directly to the evaluation unit and directly to the external device. The piezo sensor itself serves as a communication interface for communication with the external device.

Nach einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Patentanspruch 6 ist eine Sende-/Empfangseinheit des externen Gerätes mit dem Piezosensor über ein Schallwellensignal oder ein magnetisches Feldsignal gekoppelt, wobei der Piezosensor zu mechanischen Bewegungen/Schwingungen angeregt wird. Durch Überlagerung dieser von der Sende-/Empfangseinheit initiierten Schwingungen des Piezosensors mit dem von der Auswerteeinheit bereitgestellten Schockereignissignal kann ein Auslesen der Schockereignisdaten erfolgen.According to a development of the device according to the invention according to claim 6, a transmitting / receiving unit of the external device is coupled to the piezoelectric sensor via a sound wave signal or a magnetic field signal, wherein the piezoelectric sensor is excited to mechanical movements / oscillations. By superposition of these oscillations of the piezo sensor initiated by the transmitter / receiver unit with the shock event signal provided by the evaluation unit, the shock event data can be read out.

Nach einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 7 ist der Piezosensor über eine Signalanpassung mit der Auswerteeinheit verbunden. Es kann eine bidirektionale Datenübertragung zwischen dem Piezosensor und der Auswerteeinheit erfolgen, wobei in der einen Richtung Schockereignisdaten abgespeichert und in der anderen Richtung Schockereignisdaten ausgelesen werden. Gegebenenfalls kann die Signalanpassung auch zur Energieübertragung von dem Piezosensor zu der Auswerteeinheit während eines Schockereignisses genutzt werden. Vorteilhaft kann hierbei auf eine Batterie verzichtet werden.According to a development of the device according to the invention according to claim 7, the piezoelectric sensor is connected via a signal matching with the evaluation unit. Bidirectional data transmission between the piezo sensor and the evaluation unit can take place, with shock event data being stored in one direction and shock event data being read out in the other direction. If appropriate, the signal adaptation can also be used to transfer energy from the piezoelectric sensor to the evaluation unit during a shock event. Advantageously, this can be dispensed with a battery.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung gemäß dem Patentanspruch 8 weist der Piezosensor mindestens zwei elektrisch getrennte piezoelektrische Segmente auf zur getrennten Energie- und Datenübertragung an die Auswerteeinheit. Es liegen somit beispielsweise zwei Spannungen an der Signalanpassung bzw. an der Auswerteeinheit an, wobei die eine zur Datenübertragung und die andere zur Energieübertragung dient. Die Segmente können dabei auf einer Seite der Grundplatte des Piezosensors oder auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sein.According to a development of the invention according to claim 8, the piezoelectric sensor has at least two electrically separated piezoelectric segments for separate power and data transmission to the evaluation unit. Thus, for example, two voltages are applied to the signal adaptation or to the evaluation unit, one serving for data transmission and the other for energy transmission. The segments can be arranged on one side of the base plate of the piezoelectric sensor or on opposite sides.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Auswerteeinheit mit einem Energiespeicher zur elektrischen Energieversorgung gekoppelt sein. Der Energiespeicher kann beispielsweise als ein Kondensator ausgebildet sein, der die Auswerteeinheit über einen Timer speist. Auf diese Weise lässt sich die Speisung der Auswerteinheit auf Zeitintervalle begrenzen, in denen ein Schockereignis auftritt bzw. Schockereignisdaten ausgelesen werden sollen.According to a development of the invention, the evaluation unit can be coupled to an energy store for electrical power supply. The energy store can be designed, for example, as a capacitor, which feeds the evaluation unit via a timer. In this way, the supply of the evaluation unit can be limited to time intervals in which a shock event occurs or shock event data is to be read out.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 ist auf dem Piezosensor eine Zusatzmasse angeordnet, an der oder innerhalb derer die Auswerteeinheit und/oder die Signalanpassung und/oder ein Dauermagnet angeordnet sein können. Die Zusatzmasse ist vorzugsweise axial versetzt zu dem Piezosensor angeordnet, wobei vorzugsweise sich die Zusatzmasse an einer Flachseite des plattenförmigen Piezosensors anschließt. Die Zusatzmasse ermöglicht zusammen mit einer segmentierten Ausbildung des Piezosensors eine dreidimensionale Erkennung des Schockereignisses. Befindet sich die Auswerteeinheit bzw. der Dauermagnet innerhalb der Zusatzmasse, erfolgt hierdurch eine geschützte und platzsparende Anordnung derselben.According to a development of the invention according to claim 10 is on the piezoelectric sensor a Additional mass disposed on or within which the evaluation unit and / or the signal adjustment and / or a permanent magnet can be arranged. The additional mass is preferably arranged offset axially to the piezoelectric sensor, wherein preferably the additional mass is connected to a flat side of the plate-shaped piezoelectric sensor. The additional mass, together with a segmented design of the piezoelectric sensor, enables a three-dimensional detection of the shock event. If the evaluation unit or the permanent magnet is located within the additional mass, this results in a protected and space-saving arrangement of the same.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein Sensormodul vorgesehen, das einen Piezosensor und eine Auswerteeinheit aufweist. Das Sensormodul weist einen geringen Bauraum auf, da der Piezosensor nicht nur zum Messen, sondern auch zum Übertragen von Schockereignissen an ein externes Gerät dient.To solve the problem, a sensor module is provided which has a piezoelectric sensor and an evaluation unit. The sensor module has a small installation space, since the piezo sensor serves not only for measuring, but also for transmitting shock events to an external device.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.Further advantages of the invention will become apparent from the further subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform, 1 a block diagram of a device according to the invention according to a first embodiment,

2 eine Seitenansicht eines Sensormoduls, 2 a side view of a sensor module,

3a eine Seitenansicht eines Piezosensors des Sensormoduls, 3a a side view of a piezo sensor of the sensor module,

3b eine Draufsicht auf den Piezosensor, 3b a top view of the piezoelectric sensor,

3c eine Draufsicht auf einen segmentierten Piezosensor mit Kreissegmenten, 3c a top view of a segmented piezosensor with circular segments,

3d eine Draufsicht auf einen segmentierten Piezosensor mit Ringsegmenten, 3d a top view of a segmented piezosensor with ring segments,

3e eine Seitenansicht eines segmentierten Piezosensors, der in axialer Richtung segmentiert ist, 3e a side view of a segmented piezosensor, which is segmented in the axial direction,

4 eine schematische Darstellung eines Auslesevorganges, 4 a schematic representation of a read-out process,

5 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform und 5 a block diagram of the device according to the invention according to a second embodiment and

6 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer dritten Ausführungsform. 6 a block diagram of the device according to the invention according to a third embodiment.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überwachen von Schockereignissen kann beispielsweise beim Transport von Gegenständen eingesetzt werden. Unter Schockereignisse werden Ereignisse verstanden, die kurzzeitig, z. b. beim Fallen eines Gegenstandes, oder über einen längeren Zeitraum wiederkehrend auftreten. Im ersten Fall ist es ein mechanisches Schockereignis und im zweiten Fall sind es Vibrationen.A device according to the invention for monitoring shock events can be used, for example, when transporting objects. Shock events are understood to mean events that occur for a short time. b. when an object falls, or recurring over an extended period of time. In the first case it is a mechanical shock event and in the second case it is vibrations.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist im Wesentlichen ein Sensormodul 1 auf, das zum Messen und Aufzeichnen von Schockereignissen dient. Dieses Sensormodul 1 weist einen Piezosensor 2 auf, der über eine Signalanpassung 3 mit einer Auswerteinheit 4 gekoppelt ist. Dieses Sensormodul 1 ist verkapselt angeordnet und an einem zu überwachenden Gegenstand 5 befestigt. Bei dem Gegenstand 5 kann es sich um ein Paket handeln, das von einem Ort A zu einem Ort B transportiert wird. Alternativ kann es sich bei dem Gegenstand 5 auch um ein elektrisches Gerät, beispielsweise ein Notebook, Fernseher handeln, bei dem das Auftreten eines Sturzes erkannt werden soll. Das Sensormodul 1 ist fest mit dem Gegenstand 5 verbunden.The device according to the invention according to a first embodiment of the invention essentially comprises a sensor module 1 which is used to measure and record shock events. This sensor module 1 has a piezo sensor 2 on, over a signal adjustment 3 with an evaluation unit 4 is coupled. This sensor module 1 is encapsulated and placed on an object to be monitored 5 attached. At the object 5 it can be a package that is transported from a place A to a place B. Alternatively, the item may be 5 also to an electrical device, such as a notebook, act television, in which the occurrence of a fall is to be detected. The sensor module 1 is stuck with the object 5 connected.

In den 2 und 3a ist ein Piezosensor 2 nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Piezosensor 2 ist nicht segmentiert ausgebildet. Der Piezosensor 2 ist als ein Piezoelement ausgebildet, das plattenförmig geformt ist. Der Piezosensor 2 weist eine metallische oder keramische Grundplatte 6, eine in axialer Richtung sich anschließende piezoelektrische Schicht 7 und eine sich an dieselbe anschließende Metallisierung 8 auf. Die Grundplatte 6 weist eine größere radiale Erstreckung auf als die piezoelektrische Schicht 7 und die Metallisierung 8. Diese Bauelemente 6, 7, 8 sind jeweils plattenförmig und vorzugsweise kreisrund ausgebildet. Die Bauelemente 6, 7, 8 sind vorzugsweise miteinander stoffschlüssig verbunden.In the 2 and 3a is a piezo sensor 2 shown according to a first embodiment of the invention. The piezo sensor 2 is not formed segmented. The piezo sensor 2 is formed as a piezoelectric element which is plate-shaped. The piezo sensor 2 has a metallic or ceramic base plate 6 , a piezoelectric layer adjoining in the axial direction 7 and a subsequent metallization 8th on. The base plate 6 has a larger radial extent than the piezoelectric layer 7 and the metallization 8th , These components 6 . 7 . 8th are each plate-shaped and preferably circular. The components 6 . 7 . 8th are preferably connected to one another cohesively.

In 2 ist das Sensormodul 1 dargestellt, bei dem die Grundplatte 6 des Piezosensors 2 eine Bodenplatte 9 des Sensormoduls 1 bildet. Die Bodenplatte 9 ist in einer inneren Nut eines topfförmigen Gehäuses 10 eingefasst, so dass der Piezosensor 2, die Elektronik 12 und eine Zusatzmasse 11 hermetisch von der Umgebung geschützt bzw. getrennt angeordnet sind. Die Elektronik 12 umfasst eine nicht dargestellte Leiterplatte, auf der die Signalanpassung 3 und die Auswerteeinheit 4 vorzugsweise außermittig angeordnet sind, so dass mittig die Zusatzmasse 11 auf der Leiterplatte befestigt sein kann. Die Leiterplatte bzw. die Elektronik 12 ist über ein elektrisches und mechanisches Verbindungsmittel 13 mit dem Piezosensor 2 verbunden. Vorzugsweise ist der Piezosensor 2 auf einer ersten Seite der Leiterplatte einerseits und die Signalanpassung 3 und die Auswerteeinheit 4 auf einer gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte andererseits angeordnet. Dadurch, dass der Deckel 10 und die Bodenplatte 9 ein geschlossenes Gehäuse bilden, ist die Elektronik 12 und der Piezosensor 2 geschützt innerhalb des so gebildeten Gehäuses angeordnet.In 2 is the sensor module 1 shown in which the base plate 6 of the piezo sensor 2 a bottom plate 9 of the sensor module 1 forms. The bottom plate 9 is in an inner groove of a cup-shaped housing 10 edged so that the piezo sensor 2 , the Electronic 12 and an additional mass 11 hermetically protected from the environment or arranged separately. The Electronic 12 includes a printed circuit board, not shown, on which the signal matching 3 and the evaluation unit 4 are preferably arranged eccentrically, so that the center of the additional mass 11 can be mounted on the circuit board. The circuit board or the electronics 12 is about an electric and mechanical connecting means 13 with the piezo sensor 2 connected. Preferably, the piezoelectric sensor 2 on a first side of the circuit board on the one hand and the signal conditioning 3 and the evaluation unit 4 arranged on an opposite side of the circuit board on the other hand. Because of the lid 10 and the bottom plate 9 forming a closed housing is the electronics 12 and the piezo sensor 2 protected within the housing thus formed.

Die Zusatzmasse 11 ist axial versetzt zu dem Piezosensor 2 bzw. der Elektronik 12 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit 4 axial versetzt zu der Zusatzmasse 11 angeordnet. Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann innerhalb der Zusatzmasse 11 die Auswerteeinheit 4 und/oder die Signalanpassung 3 und/oder ein Dauermagnet angeordnet sein. Hierdurch ist eine kompaktere bzw. platzsparende Anordnung des Sensormoduls 1 gewährleistet.The additional mass 11 is axially offset to the piezoelectric sensor 2 or the electronics 12 arranged. In the present embodiment, the evaluation unit 4 axially offset to the additional mass 11 arranged. According to an alternative embodiment of the invention, not shown, within the additional mass 11 the evaluation unit 4 and / or signal conditioning 3 and / or a permanent magnet. As a result, a more compact or space-saving arrangement of the sensor module 1 guaranteed.

Vorzugsweise ist der Piezosensor 2 segmentiert ausgebildet, so dass an demselben mehrere elektrische Spannungen abgreifbar sind. In Verbindung mit der Zusatzmasse 11 können insbesondere Beschleunigungen bzw. Schockereignisse in dreidimensionaler Richtung erfasst werden. Nach einer ersten Variante eines segmentierten Piezosensors 2' gemäß 3c weist dieser vier Kreissegmente K1, K2, K3, K4 auf, die sich jeweils um die Achse entlang eines Winkels von 90° erstrecken.Preferably, the piezoelectric sensor 2 formed segmented, so that at the same several electrical voltages can be tapped. In conjunction with the additional mass 11 In particular, accelerations or shock events in the three-dimensional direction can be detected. According to a first variant of a segmented piezosensor 2 ' according to 3c this has four circle segments K1, K2, K3, K4, each extending around the axis along an angle of 90 °.

Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß 3d kann der segmentierte Piezosensor 2' auch drei Ringsegmente R1, R2, R3 aufweisen, die sich jeweils durchgehend in Umfangsrichtung erstrecken und in radialer Richtung benachbart zueinander liegen.According to an alternative embodiment of the invention according to 3d can the segmented piezo sensor 2 ' Also, three ring segments R1, R2, R3 have, each extending continuously in the circumferential direction and adjacent to each other in the radial direction.

Nach einer weiteren Ausführungsform des segmentierten Piezosensors 2' gemäß 3d kann dieser ein Vorderseitensegment V1 und ein Rückenseitensegment V2 aufweisen, die sich jeweils zu beiden Seiten der metallischen Grundplatte 6 erstrecken.According to another embodiment of the segmented piezoelectric sensor 2 ' according to 3d it may have a front side segment V1 and a back side segment V2, each on both sides of the metallic base plate 6 extend.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein einziger Piezosensor 2 vorgesehen. Alternativ können auch mehrere Piezosensoren 2 vorgesehen sein.In the present embodiment, a single piezoelectric sensor 2 intended. Alternatively, several piezo sensors can be used 2 be provided.

Der Piezosensor 2 dient zum einen zum Messen von Schockereignissen, beispielsweise den Sturz des Gegenstandes 5, wobei mit Aufprall des Gegenstandes 5 der Piezosensor 2 so gestaucht bzw. gestreckt wird, dass ein Sensorsignal 16 an eine Sensorsignalanpassung 3' der Signalanpassung 3 übertragen wird. Die Sensorsignalanpassung 3', die beispielsweise einen Kondensator und einen Verstärker aufweisen kann, leitet das Sensorsignal 16 an die Auswerteinheit 4 weiter, in der das Sensorsignal 16 zu einem Schockereignissignal umgewandelt und in einem elektronischen Speicher 17 abgespeichert wird. Damit die Auswerteinheit 4, die vorzugsweise einen Mikrocontroller 14 aufweist, betrieben werden kann, stellt der Piezosensor 2 ein Energiesignal 18 einer Energiesignalanpassung 3'' der Signalanpassung 3 zur Verfügung. Damit ist die Auswerteinheit 4 nur in einem Zeitintervall während des Schockereignisses betreibbar. Dieses Zeitintervall reicht dazu aus, die Sensordaten 16 als Schockereignisdaten 19 in dem elektrischen Speicher 17 abzuspeichern. Zur Daten- und Energieübertragung weist der Piezosensor 2 zwei elektrische getrennte Segmente auf.The piezo sensor 2 serves on the one hand to measure shock events, such as the fall of the object 5 , where with impact of the object 5 the piezo sensor 2 is compressed or stretched so that a sensor signal 16 to a sensor signal adjustment 3 ' the signal adaptation 3 is transmitted. The sensor signal adaptation 3 ' , which may include, for example, a capacitor and an amplifier, passes the sensor signal 16 to the evaluation unit 4 continue, in which the sensor signal 16 converted into a shock event signal and in an electronic memory 17 is stored. So that the evaluation unit 4 that preferably has a microcontroller 14 has, can be operated, provides the piezoelectric sensor 2 an energy signal 18 an energy signal adjustment 3 '' the signal adaptation 3 to disposal. This is the evaluation unit 4 operable only during a time interval during the shock event. This time interval is sufficient for the sensor data 16 as shock event data 19 in the electrical store 17 save. For data and energy transfer has the piezoelectric sensor 2 two electrically separated segments.

Sollen die Schockereignisdaten 19 ausgelesen werden und somit zu einem externen Gerät 20 drahtlos übertragen werden, dient der Piezosensor 2 zusätzlich als Kommunikationsschnittstelle des Sensormoduls 1. Das externe Gerät 20 weist eine Sende-/Empfangseinheit 21 auf, die nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung in der Lage ist, durch Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen, den Piezosensor 2 in mechanische Schwingungen zu versetzen. Diese mechanischen Schwingungen führen zu einer Energieversorgung der Auswerteeinheit 4 über die Energiesignalanpassung 3''. Das Ultraschallwellensignal der Sende-/Empfangseinheit 21 selbst dient als Sendesignal 23. Dem Sendesignal ist ein Aufforderungssignal 22 überlagert, dass von dem Piezosensor 2 an die Auswerteeinheit 4 über die Datensignalanpassung 3' weitergeleitet wird, so dass die Auswerteeinheit 4 erkennt, dass nun die in dem Speicher 17 abgespeicherten Schockereignisdaten 19 ausgelesen werden sollen. Zu diesem Zweck werden die Schockereignisdaten 19 aus dem Speicher 17 ausgelesen und über eine Auslesesignalanpassung 3''' an den Piezosensor 2 übertragen. Dieses Schockereignissignal 19 wird dem Schwingungssignal, das durch das Sendesignal 23 in dem Piezosensor 2 induziert wird, überlagert bzw. aufmoduliert und kann dann als Auslesesignal 24 von dem Piezosensor 2 an die Sende-/Empfangseinheit 21 des externes Gerätes 20 übertragen werden. In der Sende-/Empfangseinheit 21 wird das Auslesesignal 24 empfangen und dann in einem Mikrocontroller des externen Gerätes 20 ausgewertet, wobei das Schockereignissignal 19 aus dem Auslesesignal 24 extrahiert wird. Dem externen Gerät 20 liegen nun die Zeiten und der Grad des Schockereignisses vor, also ein Protokoll der Schockereignisse bei dem Transport des Gegenstandes 5 von dem Ort A zu dem Ort B.Shall the shock event data 19 be read out and thus to an external device 20 be transmitted wirelessly, the piezo sensor is used 2 additionally as communication interface of the sensor module 1 , The external device 20 has a transmitting / receiving unit 21 on, which is capable of a first embodiment of the invention, by sound waves, in particular ultrasonic waves, the piezoelectric sensor 2 into mechanical vibrations. These mechanical vibrations lead to a power supply to the evaluation unit 4 via the energy signal adaptation 3 '' , The ultrasonic wave signal of the transmitting / receiving unit 21 itself serves as a transmission signal 23 , The transmission signal is a request signal 22 superimposed that of the piezo sensor 2 to the evaluation unit 4 via the data signal adaptation 3 ' is forwarded so that the evaluation unit 4 recognizes that now in the memory 17 stored shock event data 19 should be read. For this purpose, the shock event data becomes 19 from the store 17 read out and via a read-out signal adjustment 3 ''' to the piezo sensor 2 transfer. This shock event signal 19 is the vibration signal generated by the transmission signal 23 in the piezo sensor 2 is induced, superimposed or modulated and can then as a readout signal 24 from the piezo sensor 2 to the transmitting / receiving unit 21 of the external device 20 be transmitted. In the transmitting / receiving unit 21 becomes the readout signal 24 received and then in a microcontroller of the external device 20 evaluated, the shock event signal 19 from the readout signal 24 is extracted. The external device 20 Now are the times and the degree of the shock event before, so a record of shock events in the transport of the object 5 from the place A to the place B.

Das Sendesignal 23 weist eine bestimmte Sende- bzw. Trägerfrequenz im Schall- bzw. Ultraschallbereich auf. Es erfolgt eine Daten- und Energieübertragung unter Interaktion von mechanischen Schwingungen des Piezosensors 2. Die Energieübertragung erfolgt von dem externen Gerät 20 zu dem Piezosensor 2. Die Datenübertragung erfolgt von dem Piezosensor 2 zu dem externen Gerät 20. Innerhalb des Sensormoduls 1 erfolgt eine Energieübertragung von dem Piezosensor 2 an die Auswerteeinheit 4 und eine Datenübertragung von der Auswerteeinheit 4 an den Piezosensor 2. Eine Datenübertragung von dem Piezosensor 2 an die Auswerteeinheit 4 erfolgt insoweit nur, als ein Aufforderungssignal 21 zum Auslesen der Auswerteinheit 4 übertragen wird.The transmission signal 23 has a specific transmission or carrier frequency in the sonic or ultrasonic range. There is a data and energy transfer under the interaction of mechanical vibrations of the piezoelectric sensor 2 , The energy transfer takes place from the external device 20 to the piezo sensor 2 , The data transmission is carried out by the piezo sensor 2 to the external device 20 , Within the sensor module 1 there is an energy transfer from the piezoelectric sensor 2 to the evaluation unit 4 and a data transmission from the evaluation unit 4 to the piezo sensor 2 , A data transfer from the piezo sensor 2 to the evaluation unit 4 so far only as a request signal 21 for reading the evaluation unit 4 is transmitted.

Beispielsweise können die Schockereignisdaten 19 mit einer Kennung versehen in dem Speicher 17 abgespeichert sein. Auf diese Weise können die Schockereignissignale 19 nur ausgelesen werden, wenn das Aufforderungssignal 22 eine entsprechende Kennung aufweist. Die Auswerteeinheit 4 würde in diesem Fall die Kennung des Aufforderungssignals 22 mit der Kennung der abgespeicherten Schockereignisdaten 19 auf Übereinstimmung prüfen und diese nur freigeben, wenn eine Übereinstimmung erkannt worden ist.For example, the shock event data 19 provided with an identifier in the memory 17 be stored. In this way, the shock event signals 19 only be read when the prompt signal 22 has a corresponding identifier. The evaluation unit 4 would in this case the identifier of the request signal 22 with the identifier of the stored shock event data 19 check for consistency and only release it if a match has been detected.

Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Interaktion zwischen dem externen Gerät 20 und dem Piezosensor 2 auch durch Schallwellen oder durch ein magnetisches Feldsignal erfolgen. Im ersten Fall weist die Sende-/Empfangseinheit 21 des externen Gerätes 20 einen Schallgeber (Lautsprecher) auf. Im zweiten Fall ist in der Sende-/Empfangseinheit 21 des externen Gerätes 20 eine entsprechende Spule integriert angeordnet. Nach einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das externe Gerät 20 auch ein Piezoelement zur Erzeugung des Sendesignals 23 aufweisen.According to an alternative embodiment of the invention, the interaction between the external device 20 and the piezo sensor 2 also by sound waves or by a magnetic field signal. In the first case, the transmitting / receiving unit 21 of the external device 20 a sounder (loudspeaker) on. In the second case is in the transmitting / receiving unit 21 of the external device 20 a corresponding coil integrated. According to a further alternative embodiment of the invention, the external device 20 also a piezoelectric element for generating the transmission signal 23 exhibit.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 5 kann die Auswerteeinheit 4 auch von einer fest in dem Sensormodul 1 installierten Batterie 30 (Energiespeicher) gespeist werden. Die Batterie 30 kann als ein Kondensator oder als Akkumulator ausgebildet sein.According to a further embodiment of the invention according to 5 can the evaluation unit 4 also from a fixed in the sensor module 1 installed battery 30 (Energy storage) are fed. The battery 30 can be designed as a capacitor or as an accumulator.

Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen der Ausführungsbeispiele sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The same components or component functions of the embodiments are provided with the same reference numerals.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 6 kann die Auswerteeinheit 4 über einen Echtzeitchip 32 mit einer Batterie 31 (Energiespeicher) verbunden sein. Vorteilhaft können hierdurch die Schockereignisdaten 19 mit einem Zeitstempel versehen werden, was die Nachverfolgbarkeit der Schockereignisse erleichtert.According to a further embodiment of the invention according to 6 can the evaluation unit 4 via a real-time chip 32 with a battery 31 (Energy storage) connected. This can advantageously the shock event data 19 be timestamped, which facilitates the traceability of shock events.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Verwendung finden können. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.It is understood that the features mentioned above can be used individually or in combination in any combination. The described embodiments are not to be understood as exhaustive enumeration, but rather have exemplary character for the description of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008037341 A1 [0004]
EP 2320355 A1 [0005]

Claims

A method for monitoring shock events during the transport of objects, wherein the shock events are detected by a piezoelectric sensor, provided by the piezoelectric sensor sensor data of an evaluation provided by which shock event data are stored in an electrical memory, and that the shock event data after Request to be transmitted by means of a communication interface to an external device, characterized in that the shock event data ( 19 ) than in the piezo sensor ( 2 ) modulated data from the external device ( 20 ), wherein a transmission frequency ( 23 ) of the external device ( 20 ) is in a frequency range, so that a data transmission and / or energy transfer under the interaction of mechanical vibrations of the piezoelectric sensor ( 2 ) he follows.

Method according to claim 1, characterized in that for the transmission of energy from the external device ( 20 ) a sound wave signal and / or an ultrasonic wave signal or a magnetic field signal are generated so that the shock event data ( 19 ) from the piezo sensor ( 2 ) to the external device ( 20 ) can be transmitted.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the shock event data ( 19 ) by means of one of the external device ( 20 ) generated request signal ( 22 ), that of the piezo sensor ( 2 ) to the evaluation unit ( 4 ) is transmitted by the evaluation unit ( 4 ) to the piezo sensor ( 2 ) so that the shock event data ( 19 ) then by superposition with the transmission signal ( 23 ) as a readout signal ( 24 ) from a transceiver unit ( 21 ) of the external device ( 20 ) can be detected.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the memory ( 17 ) stored shock event data ( 19 ) are provided with an identifier so that the shock event data ( 19 ) only from the transceiver unit ( 21 ) of the external device ( 20 ) can be read out when the request signal ( 22 ) has the identifier.

Apparatus for monitoring shock events during the transport of objects, having a piezo sensor for measuring the shock event, having an evaluation unit for processing sensor data of the piezo sensor, having an electronic memory for storing shock event data processed by the evaluation unit, having a communication interface for reading the shock event data to a external device, characterized in that the piezo sensor ( 2 ) is provided as the communication interface which is connected to a transceiver unit ( 21 ) of the external device ( 20 ) communicates wirelessly and that the transceiver unit ( 21 ) of the external device ( 20 ) for generating a sound wave signal or a magnetic field signal as a transmission signal ( 23 ), so that the shock event data ( 19 ) by means of the piezoelectric sensor ( 2 ) with the transmission signal ( 23 ) to a readout signal ( 24 ) to be superimposed by the transceiver unit ( 21 ) of the external device ( 20 ) is readable.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the transmitting / receiving unit ( 21 ) of the external device ( 20 ) for coupling with the piezo sensor ( 2 ) has a sound wave signal via a sounder and / or by means of the magnetic field signal via a coil.

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the piezoelectric sensor ( 2 ) via a signal adaptation ( 3 ) with the evaluation unit ( 4 ) is connected to the bidirectional data transmission between the piezo sensor ( 2 ) and the evaluation unit ( 4 ) and optionally for energy transfer from the piezo sensor ( 2 ) to the evaluation unit ( 4 ).

Apparatus according to claim 7, characterized in that the piezoelectric sensor ( 2 ) at least two electrically separated segments for separate power and data transmission to the evaluation unit ( 4 ) having.

Device claim 5 or 6, characterized in that the evaluation unit ( 4 ) with an energy store ( 30 . 31 ) is coupled to the electrical power supply of the same.

Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that on the piezoelectric sensor ( 2 ) An additional mass is arranged on or within which the evaluation unit and / or the signal adjustment and / or a permanent magnet is arranged.

Sensor module for integration into an object, so that the occurrence of shock events on the object can be determined with a piezoelectric sensor ( 2 ) for measuring the shock event and transmitting shock event data ( 19 ) to an external device ( 20 ).